基于調(diào)度的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子裝置在配電網(wǎng)中的應用領域，尤其是涉及一種用于調(diào)度的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法。應用三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置將三個配電網(wǎng)相連形成環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)裝置端口有功功率和無功功率的控制，本發(fā)明采用定系統(tǒng)電壓的方法畫出功率調(diào)度范圍，得到整流端和逆變端的功率調(diào)度區(qū)域，再通過理想化模型得到工程實踐中所需的功率調(diào)度區(qū)域，建立了考慮綜合安全邊界條件的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的功率調(diào)度方法。本發(fā)明為三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的功率調(diào)度提供了理論依據(jù)。從仿真結(jié)果可以看到，本發(fā)明能夠為三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置提供有效的功率調(diào)度區(qū)域。
【專利說明】
基于調(diào)度的H端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子裝置在配電網(wǎng)中的應用領域，尤其設及一種用于調(diào)度的S端 柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國城市化建設的不斷推進，電力電子裝置在配電系統(tǒng)中的應用已經(jīng)日益廣 泛。配電網(wǎng)的損耗及無功補償，過電壓及其保護措施，供電可靠性和電能質(zhì)量，W及配電網(wǎng) 的繼電保護等都需要用到電力電子裝置。但是隨著社會對供電可靠性、電能質(zhì)量等要求不 斷提高，配電網(wǎng)面臨向高可靠性、高效率、低耗能轉(zhuǎn)型，為滿足城市供電發(fā)展的新需求，基于 柔性直流技術的交直流混合配電網(wǎng)是一種嶄新的解決方案，能夠增強城市配電網(wǎng)應對故障 風險能力，并提局運行效率和靈活性。
[0003] 柔性環(huán)網(wǎng)裝置是應用電力電子變流器設備將多個配電網(wǎng)進行互聯(lián)形成環(huán)網(wǎng)。=端 柔性環(huán)網(wǎng)裝置，是一種具有靈活的拓撲結(jié)構(gòu)，可根據(jù)負荷需求分別構(gòu)成=線路福射式結(jié)構(gòu)、 任意兩線路聯(lián)絡式結(jié)構(gòu)、=線路聯(lián)絡式結(jié)構(gòu)，從而有效調(diào)節(jié)各個母線之間的潮流分配、實現(xiàn) 潮流優(yōu)化的電力電子裝置。
[0004] 在IOkV配電網(wǎng)中，采用柔性環(huán)網(wǎng)裝置進行多饋線閉環(huán)運行，除能夠提供動態(tài)無功 等優(yōu)點外，當遇到設備過載或設備故障停電、設備檢修時，能夠經(jīng)濟、安全地實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)供， 大幅減少目前轉(zhuǎn)供過程的短時供電中斷。同時通過柔性環(huán)網(wǎng)裝置可靈活控制系統(tǒng)潮流，實 現(xiàn)多饋線負荷均衡，最大化電網(wǎng)供電能力，顯著提高供電可靠性和設備利用率。在現(xiàn)有配電 網(wǎng)中增加=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置后，需要對調(diào)度策略及軟件進行修改，建立=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置 的模型是工作基礎。目前在輸電領域柔性直流輸電設備已經(jīng)得到應用，高壓直流輸電系統(tǒng) 應用柔性直流輸電設備，其建模方法和模型在很多文獻中提及，例如已有技術[1]，見IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS,第26卷第2 期出版的 "Modeling and Con化〇1 Of VSC-HVDC Links Connected to Island Systems",已有技術[2]，見 IE 邸 TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS,第31 卷第I 期出版的 "Generic Model of MMC-VSC-HVDC for Interaction Study With AC化wer System"。在配電網(wǎng)中柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法和模 型與高壓直流輸電情況不同，用于調(diào)度的建模方法和模型也不同。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于，提出一種=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，用于調(diào)度方面的功 率控制。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術方案是考慮綜合安全邊界條件得出=端柔 性環(huán)網(wǎng)裝置的功率調(diào)度區(qū)域，建立基于調(diào)度的=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的模型。其特征在于，=端 柔性環(huán)網(wǎng)裝置將=個配電網(wǎng)相連形成環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)裝置端口有功功率和無功功率的控制;采 用定系統(tǒng)電壓的方法畫出功率調(diào)度范圍，得到整流端和逆變端的功率調(diào)度區(qū)域，再通過理 想化模型得到工程實踐中所需的功率調(diào)度區(qū)域，建立了用于調(diào)度的模型;在確定好功率調(diào) 度邊界條件的前提下，已知=端的無功功率，可W按照此調(diào)度模型有效地實現(xiàn)有功功率的 調(diào)度。
[0007] 其中，所述的一種基于調(diào)度的=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，立端是指任意一端 為整流端，其余兩端為逆變端。
[0008] 所述的一種基于調(diào)度的=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，功率的運行調(diào)度需在功率 調(diào)度區(qū)域內(nèi)進行。
[0009] 所述的一種基于調(diào)度的=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，電壓有效值確定，各端口 電壓相角不同。
[0010] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下有益效果:本發(fā)明建立了基于調(diào)度的=端柔性 環(huán)網(wǎng)裝置的模型，有利于裝置在配電網(wǎng)中的調(diào)度;通過穩(wěn)態(tài)建模，為=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的功 率調(diào)度提供了理論依據(jù)，確定了功率調(diào)度的范圍；使柔性環(huán)網(wǎng)裝置在已知各端無功功率的 情況下，快速準確地調(diào)用有功功率。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的S端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的定系統(tǒng)電壓下的有功和無功范圍圖； 圖3為本發(fā)明的ABCS端的功率邊界范圍圖； 圖4為本發(fā)明的ABCS端的無功功率0與角度0關系示意圖； 圖5為本發(fā)明的角度0取值范圍圖； 圖6為本發(fā)明的簡化后功率調(diào)度示意圖； 圖7為本發(fā)明的A端整流端的功率調(diào)度區(qū)域圖； 圖8為本發(fā)明的有功功率仿真示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[OOU]圖訪本發(fā)明的立端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，ZsaJsb和Zs C為線路阻抗，變 流器內(nèi)部損耗等效為柔性環(huán)網(wǎng)裝置自身的交流側(cè)的電阻，通常情況下柔性環(huán)網(wǎng)裝置的損耗 PlossA、戶LossB和戶LossC用柔性環(huán)網(wǎng)裝置視在功率的百分比進行估計。
[0014] 本發(fā)明通過搭建用于調(diào)度的=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的模型，得到其功率關系式，然后 對功率調(diào)度的邊界條件進行了理論分析，得到定系統(tǒng)電壓Ksa時的有功功率和無功功率范 圍圖。W整流和逆變電路的功率特性為基礎，WA為整流端，B、C為逆變端為例，得出無功功 率已知時有功功率調(diào)度的表達式。最后，在數(shù)學運算的基礎上，結(jié)合實際工程的情況，給出 簡化的功率調(diào)度范圍，并通過仿真驗證了方法的正確性。
[0015] WA端a相為例進行有功功率和無功功率建模，功率滿足式(1)。
[0016]
(1) 交流側(cè)電流如式(2)所示。
[0017 (2) ，將式（1)帶入式（2)可得A
[001 (3) 端電網(wǎng)側(cè)的a相有功功率和無功功率的調(diào)度模型和柔性環(huán)網(wǎng)裝置的有功功率和無功功率 模型，如式(3)所示。
如果不考慮柔性環(huán)網(wǎng)裝置損耗，那么A端輸入的有功功率與B端和C端輸出的有功功率
[001 干示。
[002 (5) (6)
[002 (8) 總和相等;考慮柔性環(huán)網(wǎng)裝置損耗，A端輸入的有功和柔性環(huán)網(wǎng)裝置的損耗(/\dssA+/^L DSSB+ Pl ossc)相減后與B端和C端輸出的有功功率總和相等?？傻檬?9)和式（10)。
[C
(9) 綜上所述，用于調(diào)度的=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置模型如式（11)所示。
[0023](11) 圖2刃本巧巧的足《統(tǒng)電比h
的巧巧和尤巧化圍圏，限制流過變流器的電流W保護開 關器件。電流最大值的軌跡在有功功率和無功功率圖中是一個圓屯、在原點，半徑為Vk皆w'f 的圓，如式(12)所示。
運樣，在PQ圖中就產(chǎn)生了一段W挺-彎)為圓必為半徑的圓弧，如式（16)所示。[0027]
(16)
[
[
[ (15) 而變流器端口電壓K CA本身也有最大值和最小值，其中K CAmax是為了避免過調(diào)壓，K CMin 是為了防止欠壓。
[002引圖3為本發(fā)明的ABCS端的功率邊界范圍圖，A端為整流端，系統(tǒng)發(fā)出有功功率， 注入變流器，所WA端變流器的功率范圍表示為(a)中陰影部分。B、C端為逆變端，有功功率 由逆變器向系統(tǒng)注入，所WB、C端變流器的功率范圍表示為(b)中陰影部分（WC端為例）。 [0029]圖4為本發(fā)明的ABCS端的無功功率0與角度0關系示意圖，在各端無功功率0已 知的情況下，如果不考慮損耗，則有功功率表示成式(17)。
[0030]
(17) 其中，飾和如的取值范圍是(V2,3V2)，0A的取值范圍是(-V2，V2)?？紤]系統(tǒng)容量 問題.R、C端所需的有功功莖苗和不能超過A端可W提供的最大值，即
(18) 綜上所述，=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置在各端口無功功率已知的前提下，有功功率的調(diào)度運行 表達式為：
(19) 固日刃牟化巧的用設W 4X?但化巧固，C端為例，分為①、②、③S段確定。其中：
巧確定，交點二由圓
[003。 設系統(tǒng)總?cè)萘繛?0MW，均分為每端約為16麗，系統(tǒng)電壓為lOkV，得系統(tǒng)電流約為 0.924kA。
[0032] 圓弧段②：0 CC已知，則由 'W得到戶CCmax,則
所W運段0C的取值范圍是
r 00331 圓弧段訊象胞二部分：由圓機幸替盞二C殺y F所確定，半徑
.所W運段0C的取值范圍是(31/
[0034] 圓弧段①象限S部分：由圓
巧
，所W運段0C的取值范圍是(3V
[0035] 陰影部分：
由圓 所確定，運段0C 的取值范目
[0036] 圖6為本發(fā)明的簡化后功率調(diào)度示意圖，若交點1和弧段②在0軸上的差值，W及 交點2和弧段③在0軸上的差值非常小(可忽略不計），則弧段②和③可趨于直線。設系統(tǒng)總 容量為50麗，均分為每端約為16麗，系統(tǒng)線電壓為lOkV，相電壓有效值為5.77kV，系統(tǒng)電流 為0.924kA，系統(tǒng)連接阻抗乂 = ? Z=314 X 0.002=0.628 Q。令K GG麗和K GGmin為K GG，推導兩交 點的縱坐標0，解方程組(20)可得式(21)。
[0037]
(20) 21) (22)
(23) (24) (25) (26) 該差值遠小于0 0,所W可W忽略不計，運樣就得到了簡化的功率調(diào)度圖。交點I的縱坐 標0 1 = 5.286Mva;r，交點2的縱坐標0 2=-5.314Mva;r，貝各端的無功功率取值范圍是 (15.858,-15.942)Mvar。
[0038] 簡化后的0角范圍確定如下： B、C端圓弧段①象限二部分：0的取值范圍是(V2，V24 。圓弧段①象限 S部分：0的取值范圍是(3V2-
，331/2)。4端圓弧段@象限一部分：0的取值范 圍是（n/2-
n/2)。圓弧段①象限四部分：0的取值范圍是（33t/2,33t/2 +
[0039] 圖7為本發(fā)明的A端整流端的功率調(diào)度區(qū)域圖，陰影部分為A端整流端的有功功率 Pca的調(diào)度區(qū)域。由上面過程可知，已知=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置各端口無功功率已知，本發(fā)明專 利給出了有功功率調(diào)度的范圍，即給出了調(diào)度模型。
[0040] 圖8為本發(fā)明的有功功率仿真示意圖，W電流流入變流器為電流正方向，Pl為整流 端A所提供的有功功率6MW，P2_P3為逆變端B、C所接收的有功功率總和6MW。仿真已知=個變 流器的無功功率0和角度0來確定各自所需的有功功率P，通過仿真結(jié)果可W看出本發(fā)明 能夠有效的在=端柔性環(huán)網(wǎng)裝置中進行功率調(diào)度。
【主權(quán)項】
1. 一種基于調(diào)度的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，其特征在于三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置將三 個配電網(wǎng)相連形成環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)裝置端口有功功率和無功功率的控制;采用定系統(tǒng)電壓的方 法畫出功率調(diào)度范圍，得到整流端和逆變端的功率調(diào)度區(qū)域，再通過理想化模型得到工程 實踐中所需的功率調(diào)度區(qū)域，建立了用于調(diào)度的模型；在確定好功率調(diào)度邊界條件的前提 下，已知三端的無功功率，可以按照此調(diào)度模型有效地實現(xiàn)有功功率的調(diào)度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于調(diào)度的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，三端是指任 意一端為整流端，其余兩端為逆變端。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于調(diào)度的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，功率的運行 調(diào)度需在功率調(diào)度區(qū)域內(nèi)進行。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于調(diào)度的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的建模方法，電壓有效值 確定，各端口電壓相角不同。
【文檔編號】H02J3/36GK105978012SQ201610245478
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】趙國鵬, 何彥良, 韓民曉, 黃仁樂, 蒲天驕, 王偉
【申請人】華北電力大學, 國網(wǎng)北京市電力公司, 中國電力科學研究院